セラミック組成物、金属セラミック合成構造、構造部材及び構造物
【課題】金属部材と接して合成構造を形成するセラミック部材に用いられ、劣化が進みにくく、耐久性の高い合成構造を形成できるセラミック組成物と、それを用いた金属セラミック合成構造を提供すること。
【解決手段】ケイ酸カルシウム３６ｗｔ％、リン酸二水素カリウム３４ｗｔ％、酸化マグネシウム３０ｗｔ％のセラミック組成物を、１００重量部のドライミックスに対して３６重量部の割合で混合し、セラミック組成物及びドライミックスに対して、２０％の水分比となる水を添加し、混練して、スラリーを形成する。スラリーを、鋼板１０上に配置した型枠内に充填し、硬化させて、鋼板１０に接するセラミック部材１１を形成する。
【解決手段】ケイ酸カルシウム３６ｗｔ％、リン酸二水素カリウム３４ｗｔ％、酸化マグネシウム３０ｗｔ％のセラミック組成物を、１００重量部のドライミックスに対して３６重量部の割合で混合し、セラミック組成物及びドライミックスに対して、２０％の水分比となる水を添加し、混練して、スラリーを形成する。スラリーを、鋼板１０上に配置した型枠内に充填し、硬化させて、鋼板１０に接するセラミック部材１１を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば道路や橋梁、或いはビルディング等の構造物に用いられるセラミック組成物と、それを用いた金属セラミック合成構造、構造部材及び構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、構造物としての道路の床版に、鋼とコンクリートとで形成された鋼コンクリート合成構造が用いられている。この種の鋼コンクリート合成構造としては、鋼製の底鋼板の表面にスタッドジベルを固定すると共に、配力筋を設け、これらスタッドジベル及び配力筋を埋設するように底鋼板上にコンクリートを打設して形成した鋼コンクリート合成床版が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
他の鋼コンクリート合成床版としては、帯鋼を波型に折り曲げ加工してなるトラス型ジベルを底鋼板に固定して底鋼板とコンクリートとの一体化を図ったものがある。また、穴あき鋼板リブを底鋼板に固定して底鋼板とコンクリートとの一体化を図ったものがある。また、鉄筋をトラス状に組んでなるプレファブトラス鉄筋を底鋼板に固定して底鋼板とコンクリートとの一体化を図ると共に、プレファブトラス鉄筋を、コンクリートの打設時には型枠補強材として機能させ、供用時には輪荷重に対するせん断補強筋として機能させるものがある。いずれの鋼コンクリート合成床版も、底鋼板に、コンクリートとの一体化を行なうための一体化部材を固定している。
【０００４】
このような鋼コンクリート合成構造は、高い強度及びじん性を有する鋼と、高い圧縮強度を有するコンクリートとを一体化することにより、断面が小さく軽量でありながら、高い力学的特性を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６２４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の鋼コンクリート合成構造は、コンクリートに、硬化に伴う収縮が生じやすく、また、鋼とコンクリートとの間の付着力が比較的低い。したがって、コンクリートにひび割れが生じやすく、また、鋼とコンクリートの間に隙間が生じやすく、ひび割れや隙間に浸透した雨水により、コンクリートの劣化や鋼の錆びを招来するという問題がある。
【０００７】
さらに、従来の鋼コンクリート合成構造としての鋼コンクリート床版において、コンクリートにひび割れが生じた場合、コンクリートは耐磨耗性が比較的低いので、床版上を走行する車両の荷重が繰り返し作用することにより、互いに接するひび割れ面が磨耗してコンクリートの磨耗粉が発生する。この磨耗粉が、水分の存在下で研磨剤として作用して、コンクリートのひび割れの寸法や範囲が拡大するという問題がある。
【０００８】
さらに、コンクリートは透水性を有するので、浸透水によってコンクリートの劣化が生じやすく、また、鋼の錆を招きやすいという問題がある。
【０００９】
鋼コンクリート合成床版において、コンクリートに起因する劣化や損傷は、床版上の舗装面の劣化や、床版の振動の発生の原因となるため、床版上を走行する車両の安全性や快適性に悪影響を及ぼす一因となる。したがって、走行車両の安全性や快適性を確保するために、比較的高頻度の検査と補修を行う必要がある。このように、鋼コンクリート合成構造は、コンクリートに起因する耐久性の問題があり、そのため、保守管理に手間と費用がかかるという問題がある。
【００１０】
また、上記従来の鋼コンクリート合成床版は、鋼とコンクリートとを一体化するために一体化部材が必要であるので、構造の複雑化を招き、これにより、重量の増加や、施工の手間とコストの増加を招くという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、鋼板等の金属部材と接して合成構造を形成するセラミック部材に用いられ、劣化が進みにくく、耐久性が高くて保守管理の手間と費用を軽減でき、また、簡単な部品構成で合成構造を形成できるセラミック組成物と、それを用いた金属セラミック合成構造、構造部材及び構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明のセラミック組成物は、金属部材と接して合成構造を形成するセラミック部材に用いられるセラミック組成物であって、リン酸塩系セラミックを主成分とすることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、リン酸塩系セラミックを主成分とするセラミック組成物は、硬化に伴う収縮が殆ど生じない。また、金属に対して高い付着力を発揮することができる。したがって、このセラミック組成物で形成したセラミック部材は、金属部材と接して合成構造を形成した場合、ひび割れが殆ど発生せず、また、金属部材との間に隙間が生じない。したがって、セラミック部材と金属部材との間に浸透した雨水によって金属部材に錆びが生じることを防止できる。
【００１４】
また、上記セラミック組成物は、耐磨耗性がコンクリートよりも高いので、上記セラミック組成物で形成したセラミック部材に万一ひび割れが生じても、ひび割れ面が磨耗してセラミックの磨耗粉が生じることが殆ど無い。したがって、上記セラミック組成物を用いたセラミック部材は、金属部材と接して合成構造を形成した場合、鋼コンクリート合成構造におけるようにコンクリートに生じたひび割れの寸法や範囲が拡大する問題が無く、劣化を効果的に防止することができる。
【００１５】
また、上記セラミック組成物は、透水性が殆ど無いので、上記セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材は、コンクリートのように、浸透した雨水によって劣化する不都合や、浸透した水が金属部材に達して金属部材に錆が生じる不都合や、浸透した水の凍結により破壊が生じる問題が無い。また、セラミック組成物は、金属部材に密着して水密作用を発揮することができるので、セラミック部材と接する金属部材の劣化をも防止することができる。さらに、セラミック組成物は略中性であるので、セラミック部材は、表面に雨水が接しても劣化が殆ど生じない。
【００１６】
さらに、上記セラミック組成物は、金属に対する付着力が高いので、上記セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材は、金属部材に接して合成構造を形成した場合、鋼コンクリート合成床版のように金属部材とコンクリートとを一体化するための一体化部材を少なくでき、或いは、削除できる。したがって、上記セラミック組成物を用いることにより、少ない部材により簡易な構成で、セラミック部材と金属部材との合成構造を形成することができる。その結果、セラミック部材と金属部材との合成構造を軽量にでき、また、上記合成構造を少ない手間で形成することができる。
【００１７】
また、上記セラミック組成物は、コンクリートの約２倍又はそれ以上の圧縮強度を発揮できる。したがって、上記セラミック組成物を用いたセラミック部材と金属部材とで形成される合成構造は、コンクリートと鋼板とで形成された合成構造と比較して、補修を殆ど行うことなく、高い力学的特性を安定して発揮することができる。さらに、上記セラミック組成物は、コンクリートよりもヤング率が低いので、圧縮強度が高いことと相俟って、コンクリートよりもひび割れが生じ難い。したがって、上記セラミック組成物を用いたセラミック部材と金属部材とで合成構造を形成することにより、鋼コンクリート合成構造よりも高い耐荷重を有し、しかも、高い耐ひび割れ性能を奏することができる。
【００１８】
一実施形態のセラミック組成物は、酸化マグネシウム及びリン酸二水素カリウムを含む。
【００１９】
上記実施形態によれば、上記酸化マグネシウム及びリン酸二水素カリウムを含むセラミック組成物は、水と混合して高い流動性を発揮し、金属との付着性が高い上に、高い硬化速度を有し、しかも、高い圧縮強度を有する。したがって、セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材を、金属部材に良好な施工性で付着させて合成構造を形成することができる。
【００２０】
また、上記セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材は、金属部材の表面に水や塩が存在しても、金属部材に高い付着力で密着できる。したがって、例えば、雨水や、河川水や、海水が存在する環境下でも、上記セラミック部材を金属部材に強固に付着させて、高い力学特性の合成構造を安定して形成することができる。
【００２１】
一実施形態のセラミック組成物は、２０〜４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２５〜４５ｗｔ％のリン酸二水素カリウムを含む。
【００２２】
上記実施形態によれば、上記セラミック組成物は、添加する水の量と環境温度に応じて、硬化速度を５分〜１５分にでき、圧縮強度を、５０００〜８０００psi（pound/inch2）にでき、また、２２００°Ｆの温度に耐えることができる。
【００２３】
一実施形態のセラミック組成物は、３０ｗｔ％以下のカオリナイトが添加されている。
【００２４】
上記実施形態によれば、力学特性を低下させることなく、添加物としてカオリナイトを用いることができる。
【００２５】
一実施形態のセラミック組成物は、４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２６ｗｔ％のリン酸二水素カリウムと、１２ｗｔ％の二酸化珪素と、１０ｗｔ％のカオリナイトと、７ｗｔ％の酸化アルミニウムと、３ｗｔ％の酸化鉄IIIと、１．９ｗｔ％の酸化カルシウムと、０．１ｗｔ％のポリエステル繊維を含む。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記セラミック組成物を用いることにより、硬化速度が速く、コンクリートよりも高い圧縮強度を有し、金属部材に対する密着性と付着力の高いセラミック部材を形成できる。
【００２７】
本発明の金属セラミック合成構造は、上記セラミック組成物を用いたセラミック部材と、金属部材とが接して形成されたことを特徴としている。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記セラミック組成物は、硬化に伴う収縮が殆ど生じない。また、金属に対して高い付着力を発揮することができる。したがって、上記セラミック組成物で形成したセラミック部材と金属部材とが接して形成された合成構造は、セラミック部材のひび割れが殆ど発生せず、また、セラミック部材と金属部材との間に隙間が生じない。したがって、セラミック部材と金属部材との間に浸透した雨水によって金属部材に錆びが生じることを防止できる。
【００２９】
また、上記セラミック組成物は、耐磨耗性がコンクリートよりも高いので、上記セラミック組成物で形成したセラミック部材に万一ひび割れが生じても、ひび割れ面が磨耗してセラミックの磨耗粉が生じることが殆ど無い。したがって、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成構造におけるようにコンクリートに生じたひび割れの寸法や範囲が拡大する問題が無く、劣化を効果的に防止することができる。
【００３０】
また、上記セラミック組成物は、透水性が殆ど無いので、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成構造のように、浸透した雨水によってコンクリートが劣化する不都合や、コンクリートを浸透した水が鋼に達して鋼に錆が生じる不都合や、浸透した水の凍結によりコンクリートが破壊する問題が無い。また、セラミック組成物は、金属に密着して水密作用を発揮することができるので、セラミック部材と接する金属部材の劣化を防止することができる。さらに、セラミック組成物は略中性であるので、セラミック部材は、表面に雨水が接しても劣化が殆ど生じない。
【００３１】
さらに、上記セラミック組成物は、金属に対する付着力が高いので、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成床版のように鋼とコンクリートとを一体化するための一体化部材を少なくでき、或いは、削除できる。したがって、上記金属セラミック合成構造は、少ない部材により簡易な構成で形成することができる。その結果、軽量であり、また、少ない手間で形成できる金属セラミック合成構造が得られる。
【００３２】
また、セラミック組成物は、コンクリートの約２倍又はそれ以上の圧縮強度を発揮できる。したがって、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成構造と比較して、補修を殆ど行うことなく、高い力学的特性を安定して発揮することができる。さらに、上記セラミック組成物は、コンクリートよりもヤング率が低いので、圧縮強度が高いことに相俟って、コンクリートよりもひび割れが生じ難い。したがって、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成構造よりも高い耐荷重を有し、しかも、高い耐ひび割れ性能を奏することができる。
【００３３】
一実施形態の構造部材は、上記金属セラミック合成構造を有する。
【００３４】
上記実施形態によれば、長期に亘って高い力学特性を安定して発揮する構造部材が得られる。ここで、構造部材として、例えば、梁、柱、床版、セグメント、壁、シェル部材、パイプ構造を形成することができる。
【００３５】
一実施形態の構造物は、上記構造部材を有する。
【００３６】
上記実施形態によれば、長期に亘って高い力学特性を発揮する構造部材により、強度と耐久性の高い構造物が得られる。ここで、構造物として、橋梁の上部工、下部工、基礎工及び付属工、トンネル、ダム、擁壁、ケーソン、沿岸構造物並びに土留め等の仮設構造物を含む土木構造物や、ビルディング等の建築構造物を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態の金属セラミック合成構造を示す側面図である。
【図２】実施形態の構造部材を示す断面図である。
【図３】他の実施形態の構造部材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
（第１実施形態）
本発明の実施形態としての金属セラミック合成構造は、セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材と、金属部材としての鋼製部材とが接して形成される。本発明の実施形態のセラミック組成物は、リン酸塩系セラミックを主成分とするものである。リン酸塩系セラミックとしては、酸化マグネシウム及びリン酸二水素カリウムを含むものを用いることができる。
【００４０】
上記セラミック組成物を、好ましくは、混合物と混合してドライミックスを形成し、このドライミックスに水を混合し、混練してセラミック部材のスラリーを形成する。このセラミック部材を、鋼製部材に接するように塗布、充填又は吹き付けによって配置して、硬化させる。こうして、鋼製部材と、鋼製部材に接するセラミック部材とで、金属セラミック合成構造としての鋼セラミック合成構造を作製することができる。
【００４１】
セラミック組成物は、２０〜４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２５〜４５ｗｔ％のリン酸二水素カリウムを含むものを用いるのが好ましい。このセラミック組成物に、混合物を混合して５０重量部のドライミックスを形成し、このドライミックスに対して、１５〜２３ｗｔ％の水分比となる水を混合するのが好ましい。混合物は、公知の細骨材を用いることができる。これにより、セラミック部材の流れやすさを、ＡＳＴＭ
Ｃ１４３７に基づく試験による４０〜１４０％のフロー度とし、金属セラミック合成構造を形成する際の施工性を高めることができる。鋼製部材に塗布又は充填されたスラリー状のセラミック部材は、硬化により、５０００〜１１０００psiの３日強度を発揮することができる。
【００４２】
本発明のセラミック組成物は、酸化マグネシウムとリン酸二水素カリウムが、水の混合により、下記の化学式（１）の反応でリン酸カリウムマグネシウム６水和物を形成し、セラミック部材の主要な特性を発揮する緻密かつ高強度の固体を形成する。
ＭｇＯ＋ＫＨ２ＰＯ４＋５Ｈ２Ｏ→ＭｇＫＰＯ４・６Ｈ２Ｏ・・・（１）
【００４３】
なお、セラミック組成物には、全重量に対して、０．１から３０ｗｔ％の添加物を添加することができる。添加物としては、例えば、フィラー、骨材、顔料、着色剤、繊維、シリカヒューム微粉末、カオリナイト、繋ぎ用ポリマ、乳化剤、凝集防止剤を用いることができる。また、セラミック組成物に添加する骨材としては、細骨材のほか、粗骨材を用いることもできる。
【００４４】
（実施例１）
ケイ酸カルシウム３６ｗｔ％、リン酸二水素カリウム３４ｗｔ％、酸化マグネシウム３０ｗｔ％のセラミック組成物を、３２重量部の細骨材に対して１８重量部の割合で混合してドライミックスを形成した。セラミック組成物として、株式会社イーグル・ヴィジョン製のＥａｇｌｅ８シリーズを用いた。なお、米国グランクリート社のグランクリートシリーズを用いることもできる。更に、ドライミックスに対して、２０ｗｔ％の水を添加し、混練して、スラリー状のセラミック部材を形成した。このセラミック部材は、３日強度で８０００psiの圧縮強度と、１０５％のフロー度が得られた。なお、水分比を３５％とすると、フロー度が１５０％以上となったが、圧縮強度が約１２００psiに低下する一方、水分比を１７％とすると、圧縮強度が約１００００psiに増大したが、フロー度が約１７％に低下した。いずれにしても、圧縮強度については、コンクリートが典型的には７日強度が２５００〜３５００psiであるところ、実施例のセラミック部材によれば、水分比を１７〜２３ｗｔ％とすることで、大幅に圧縮強度を改善できた。
【００４５】
実施例のセラミック組成物を用いて形成したセラミック部材について、水分比が２０％の場合と２５％の場合との間で、施工後の圧縮強度の経時変化を測定する実験を行った。実験結果によれば、水分比が２０％の場合、セラミック部材の圧縮強度は、水の添加から１時間で鋭く増大して４２３８psiに達し、その後緩やかに増大し、１４日目に８１９７psiに達した。２８日目では、圧縮強度は６５１５psiに低下した。一方、水分比が２５％の場合、セラミック部材の圧縮強度は、水の添加から１時間後では、水分比が２０％の場合よりも低い２６８３psiに急増し、その後、緩やかに増大し、１４日目で５６２８psiに達した。水分比が２０％のセラミック部材とは異なり、１４日強度から低下することなく、２８日目で６１００psiの圧縮強度が得られた。
【００４６】
（実施例２）
酸化マグネシウム４０ｗｔ％、リン酸二水素カリウム２６ｗｔ％、二酸化珪素１２ｗｔ％、焼成カオリン１０ｗｔ％、酸化アルミニウム７ｗｔ％、酸化鉄III３ｗｔ％、酸化カルシウム１．９ｗｔ％、ポリエステル繊維０．１ｗｔ％で構成されたセラミック組成物に対し、１５ｗｔ％の水を添加し、混練して、スラリー状のセラミック部材を形成した。このセラミック部材は、３日強度で７２．９６Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度が得られた。
【００４７】
（第２実施形態）
図１は、本発明の金属セラミック合成構造としての鋼セラミック合成構造を示す側面図である。
【００４８】
図１に示すように、鋼セラミック合成構造１は、金属部材としての鋼板１０と、この鋼板１０に接して形成されたセラミック部材１１とで形成されている。
【００４９】
鋼板１０は、ＳＳ４００又はＳＭ４００の鋼板である。なお、他の材質で鋼板１０を形成してもよい。
【００５０】
セラミック部材１１は、実施例のセラミック組成物を用いて形成したスラリー状のセラミック部材を、鋼板１０上に配置した型枠内に充填し、硬化させて鋼板１０と一体に成型したものである。なお、スラリー状のセラミック部材は、吹き付けによって鋼板１０上に配置することもできる。スラリー状のセラミック部材１１は、型枠内への充填直後から硬化を開始し、スラリーの形成から３０分には３５００psiを越える硬度に達する。なお、セラミック部材１１は、２８日強度が６５００psiに達する。
【００５１】
図１の鋼セラミック合成構造１は、平面視において矩形の梁の形状を有している。鋼セラミック合成構造１を、鋼板１０の下側面の両端で自由支持を行い、セラミック部材１１の上側面の中央に集中荷重を作用させて変位と応力を測定した。また、セラミック部材１１と同じ寸法のコンクリート部材を鋼板に接して形成した鋼コンクリート合成構造を準備し、この鋼コンクリート合成構造にセラミック合成構造１と同じ条件で荷重を作用させて比較実験を行なった。その結果、鋼セラミック合成構造１は、鋼コンクリート合成構造よりも大きな荷重に耐えることが明らかとなった。すなわち、鋼セラミック合成構造１は、鋼コンクリート合成構造においてひび割れが生じる荷重を受けても、セラミック部材１１にひび割れが生じなくて、鋼コンクリート合成構造よりも変形能力が大きいことが確認された。これにより、鋼セラミック合成構造１は、鋼コンクリート合成構造よりも耐荷重が大きいことが確認された。さらに、鋼セラミック合成構造１は、鋼コンクリート合成構造において鋼板とコンクリート部材との間に剥離が生じる荷重を受けても、鋼板１０とセラミック部材１１との間に剥離が生じなかった。これにより、鋼セラミック合成構造１は、鋼板１０に対するセラミック部材１１の付着力が、コンクリート合成構造の鋼板に対するコンクリート部材の付着力よりも大きいことが確認された。このことから、鋼セラミック合成構造１は、鋼板１０とセラミック部材１１とを一体化するために、スタッドジベル等の一体化部材を鋼コンクリート合成構造よりも少なくでき、又は、削除できることが明らかとなった。
【００５２】
本実施形態において、鋼板を用いて鋼セラミック合成構造を形成したが、鋼板に限られず、Ｉ形鋼やＨ形鋼等の形鋼を用いて鋼セラミック合成構造を形成してもよい。また、例えばＣＦＴ構造のように、鋼管の内側にセラミック部材を配置して鋼セラミック合成構造を形成してもよく、また、例えばＳＲＣ構造のように、形鋼の外側にセラミック部材を配置して鋼セラミック合成構造を形成してもよい。さらに、鋼板１０を用いて鋼セラミック合成構造を形成したが、アルミニウムやステンレス製の金属部材とセラミック部材とで金属セラミック合成構造を形成してもよい。また、金属部材は、鋳鋼や鋳鉄を用いて形成されてもよい。
【００５３】
（第３実施形態）
図２は、本発明の金属セラミック合成構造を用いて形成した構造部材を示す図である。
【００５４】
この構造部材は、道路橋に用いられる鋼セラミック合成床版２であり、鋼製の底鋼板２０、配力筋２２及び主筋２３と、セラミック部材２１とが接して形成されている。セラミック部材２１の上には、アスファルト舗装２４が設けられている。底鋼板２０の下面には、Ｉ桁２５が一体に形成されている。
【００５５】
鋼セラミック合成床版２は、底鋼板２０に、配力筋２２及び主筋２３を取り付けた後、底鋼板２０を型枠として、底鋼板２０の内側にスラリー状のセラミック部材２１を充填して作製される。
【００５６】
この鋼セラミック合成床版２は、上記セラミック組成物で形成されたセラミック部材２１が、硬化に伴う収縮が殆ど生じないので、セラミック部材２１にひび割れが殆ど発生しない。また、セラミック部材２１が、底鋼板２０に対して高い付着力を発揮するので、セラミック部材２１と底鋼板２０等の鋼製部材との間に隙間が生じることを効果的に防止できる。その結果、セラミック部材２１と底鋼板２０等の鋼製部材との間に雨水が侵入し、鋼製部材に錆びが生じることを防止できる。
【００５７】
また、上記セラミック組成物は、耐磨耗性がコンクリートよりも高いので、上記セラミック部材２１に万一ひび割れが生じても、ひび割れ面が磨耗してセラミックの磨耗粉が生じることが殆ど無い。したがって、この鋼セラミック合成床版２は、鋼コンクリート合成床版におけるようにコンクリートに生じたひび割れの寸法や範囲が拡大する問題が無く、劣化を効果的に防止することができる。
【００５８】
また、セラミック部材２１は透水性が殆ど無いので、鋼コンクリート合成床版のように浸透した雨水によってコンクリートが劣化する不都合や、コンクリートを浸透した水が鋼に達して鋼に錆が生じる不都合や、浸透した水の凍結によりコンクリートが破壊する問題が無い。また、セラミック部材２１は、底鋼板２０等の鋼製部材に密着して水密作用を発揮することができるので、底鋼板２０等の劣化を防止することができる。さらに、セラミック組成物は略中性であるので、セラミック部材２１は、表面に雨水が接しても劣化が殆ど生じない。
【００５９】
また、上記セラミック部材２１は底鋼板２０に対する付着力が高いので、この鋼セラミック合成床版２は、鋼コンクリート合成床版のように鋼とコンクリートとを一体化するためのスタッドジベル等の一体化部材を少なくでき、或いは、削除できる。したがって、この鋼セラミック合成床版２は、少ない部材によって簡易な構成にすることができ、その結果、軽量化を行なうことができ、また、少ない手間で作製することができる。
【００６０】
さらに、上記セラミック部材２１はコンクリートよりも圧縮強度が高い一方、ヤング率が低いので、コンクリートよりもひび割れが生じ難い。したがって、この鋼セラミック合成床版２は、鋼コンクリート合成床版よりも高い耐荷重を有し、しかも、高い耐ひび割れ性能を発揮できる。
【００６１】
さらに、セラミック部材２１は、底鋼板２０等の鋼製部材の表面に水や塩が存在しても、高い付着力で鋼製部材に密着できる。したがって、例えば、雨水や、河川水や、海水が存在する環境下でも、セラミック部材２１を底鋼板２０等の鋼製部材に強固に付着させることができ、安定した力学特性の合成構造を形成することができる。
【００６２】
なお、本実施形態の鋼セラミック合成床版２は、底鋼板２０の下面にＩ桁２５を一体形成したが、底鋼板の下面に箱桁を一体形成して鋼セラミック合成床版を構成してもよい。
【００６３】
（第４実施形態）
図３は、本発明の金属セラミック合成構造を用いて形成した構造部材を示す図である。
【００６４】
この構造部材は、道路橋に用いられる鋼床版３である。本実施形態の鋼床版３は、鋼製のデッキプレート３０の上側面にセラミック部材３１が接して形成されている一方、デッキプレート３０の下側面に、デッキプレート３０と一体に形成されたＩ桁３２と、Ｕトラフ３３とが設けられている。セラミック部材３１は、デッキプレート３０上に、約４０ｍｍの比較的薄い均一の厚みに形成されている。このセラミック部材３１の上に、約４０ｍｍのアスファルト舗装３４が設けられている。なお、アスファルト舗装３４を削除し、セラミック部材３１の厚みを約８０ｍｍとして、セラミック部材３１を舗装材に利用してもよい。
【００６５】
従来の鋼床版は、一般に、鋼製のデッキプレートの上に、アスファルト又はコンクリートによる舗装が直接設けられるか、あるいは、コンクリート基層とアスファルト舗装とが設けられている。このような従来の鋼床版は、アスファルト舗装の透水性によるデッキプレートの腐食の問題がある。また、車両荷重を繰り返し受けることにより、コンクリート舗装やコンクリート基層にひび割れが生じる問題がある。また、鋼床版全体の剛性の不足により、デッキプレートに亀裂等の損傷が生じる問題がある。これらの問題を解決するため、鋼床版にゴムラテックスモルタルやＳＦＲＣ（鋼繊維補強コンクリート）を適用することが行われているが、施工の特殊性や、収縮によるひび割れの発生等の問題がある。上記従来の鋼床版やゴムラテックス等を適用した鋼床版の問題を、本実施形態の鋼床版３によって解決することができる。
【００６６】
本実施形態の鋼床版３は、鋼製のデッキプレート３０の下側面に、Ｉ桁３２と、Ｕトラフ３３を取り付けた後、デッキプレート３０の上側面にスラリー状のセラミック部材３１を塗布して作製される。セラミック部材３１は、圧送されたスラリー状のセラミック部材を、圧送ホースの吐出口からデッキプレート３０の上側面に流下させた後、コテ仕上げ等で表面を均して作製することができる。あるいは、圧送されたスラリー状のセラミック部材を、スプレーガンを用いてデッキプレート３０の上側面に吹き付けてもよい。この場合、表面仕上げが不要になるので、施工の手間を削減することができる。セラミック部材３１を形成した後、このセラミック部材３１上にアスファルト舗装３４を敷設する。スラリー状のセラミック部材は急速に硬化するので、コンクリートで必要な程度に長い養生期間をおくことなく、セラミック部材３１上にアスファルト舗装３４を敷設することができる。
【００６７】
本実施形態の鋼床版３は、コンクリートよりも強度の高いセラミック部材３１によってデッキプレート３０を補強することができる。その結果、アスファルト舗装のみを設けた従来の鋼床版や、コンクリート基層とアスファルト舗装を設けた従来の鋼床版と比較して、デッキプレート３０とセラミック部材３１との合成効果により、デッキプレート３０の損傷を効果的に防止することができる。さらに、セラミック部材３１は、鋼に対する付着力が高いので、デッキプレート３０に強固に付着することができ、これにより、車両の繰り返し荷重が作用しても、長期にわたってセラミック部材３１とデッキプレート３０の剥離を防止することができる。また、セラミック部材３１は、比較的薄く形成されているにもかかわらず、セラミック組成物で形成されて高い強度と耐久性を有する。したがって、直接又は間接に車両の繰り返し荷重が作用しても、長期にわたってセラミック部材３１のひび割れの発生を防止でき、ひいては、アスファルト舗装３４のひび割れやポットホールの発生を防止することができる。また、セラミック部材３１がデッキプレート３０に高い付着力と水密性を発揮して密着するので、デッキプレート３０の腐食を効果的に防止できる。したがって、鋼床版３は、セラミック部材３１の厚みを比較的小さくして軽量化を行いながら、高強度と高耐久性を実現することができる。
【００６８】
なお、本実施形態の鋼床版３は、デッキプレート３０の下側面にＩ桁３２を一体形成したが、デッキプレートの下側面に箱桁を一体形成して鋼床版を構成してもよい。
【００６９】
上記第３実施形態及び第４実施形態において、鋼セラミック合成構造は、鋼製部材と、鋼製部材に接するセラミック部材とを有して形成されたが、他の材質の部材を含んでもよい。例えば、鋼製部材に接するセラミック部材のうち、鋼製部材に接しない部分にコンクリートが接していてもよい。本発明のセラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材は、コンクリートで形成された部材に対しても高い付着力を発揮するので、コンクリートを一部に含んだ鋼セラミック合成構造についても、強度を高めると共に耐久性を高めることができる。
【００７０】
また、上記３実施形態及び第４実施形態において、金属セラミック合成構造として、鋼製部材とセラミック部材を用いた鋼セラミック合成構造を例示したが、鋼製部材以外のアルミニウムやステンレス製の金属部材とセラミック部材とで金属セラミック合成構造を形成してもよい。また、金属部材は、鋳鋼や鋳鉄を用いて形成されてもよい。
【００７１】
以上、第３実施形態及び第４実施形態において、金属セラミック合成構造を鋼セラミック合成床版や鋼床版に適用した例を説明したが、金属セラミック合成構造は、他の種々の部材に適用できる。例えば、橋梁やビルディングに用いられる梁、桁及び柱や、基礎構造物に用いられる杭や、トンネルに用いられるセグメントや、止水壁に用いられるセグメント等、土木構造物及び建築構造物を構成する種々の部材に適用できる。
【００７２】
上記各実施形態において、セラミック部材として、ケイ酸カルシウム３６ｗｔ％、リン酸二水素カリウムｗｔ３４％、酸化マグネシウム３０ｗｔ％のセラミック組成物を、３２重量部の細骨材に対して１８重量部の割合で混合してドライミックスを形成し、このドライミックスに対して、２０％の水分比となる水を添加したものを用いたが、セラミック組成物の組成比は他のものであってもよく、また、水分比は他のものであってもよい。すなわち、セラミック組成物は、酸化マグネシウムが２０〜３５ｗｔ％、リン酸二水素カリウムが２５〜４５ｗｔ％の範囲の割合で形成することができる。また、１７〜３５重量部の上記セラミック組成物に、混合物を混合して５０重量部のドライミックスを形成し、このドライミックスに対して、１５〜２３ｗｔ％の水分比の水を混合することができる。また、ドライミックスは、必ずしも混合物を混合しなくてもよく、上記セラミック組成物のみをドライミックスとしてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１ 鋼セラミック合成構造
１０ 鋼板
１１ セラミック部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば道路や橋梁、或いはビルディング等の構造物に用いられるセラミック組成物と、それを用いた金属セラミック合成構造、構造部材及び構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、構造物としての道路の床版に、鋼とコンクリートとで形成された鋼コンクリート合成構造が用いられている。この種の鋼コンクリート合成構造としては、鋼製の底鋼板の表面にスタッドジベルを固定すると共に、配力筋を設け、これらスタッドジベル及び配力筋を埋設するように底鋼板上にコンクリートを打設して形成した鋼コンクリート合成床版が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
他の鋼コンクリート合成床版としては、帯鋼を波型に折り曲げ加工してなるトラス型ジベルを底鋼板に固定して底鋼板とコンクリートとの一体化を図ったものがある。また、穴あき鋼板リブを底鋼板に固定して底鋼板とコンクリートとの一体化を図ったものがある。また、鉄筋をトラス状に組んでなるプレファブトラス鉄筋を底鋼板に固定して底鋼板とコンクリートとの一体化を図ると共に、プレファブトラス鉄筋を、コンクリートの打設時には型枠補強材として機能させ、供用時には輪荷重に対するせん断補強筋として機能させるものがある。いずれの鋼コンクリート合成床版も、底鋼板に、コンクリートとの一体化を行なうための一体化部材を固定している。
【０００４】
このような鋼コンクリート合成構造は、高い強度及びじん性を有する鋼と、高い圧縮強度を有するコンクリートとを一体化することにより、断面が小さく軽量でありながら、高い力学的特性を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１６２４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の鋼コンクリート合成構造は、コンクリートに、硬化に伴う収縮が生じやすく、また、鋼とコンクリートとの間の付着力が比較的低い。したがって、コンクリートにひび割れが生じやすく、また、鋼とコンクリートの間に隙間が生じやすく、ひび割れや隙間に浸透した雨水により、コンクリートの劣化や鋼の錆びを招来するという問題がある。
【０００７】
さらに、従来の鋼コンクリート合成構造としての鋼コンクリート床版において、コンクリートにひび割れが生じた場合、コンクリートは耐磨耗性が比較的低いので、床版上を走行する車両の荷重が繰り返し作用することにより、互いに接するひび割れ面が磨耗してコンクリートの磨耗粉が発生する。この磨耗粉が、水分の存在下で研磨剤として作用して、コンクリートのひび割れの寸法や範囲が拡大するという問題がある。
【０００８】
さらに、コンクリートは透水性を有するので、浸透水によってコンクリートの劣化が生じやすく、また、鋼の錆を招きやすいという問題がある。
【０００９】
鋼コンクリート合成床版において、コンクリートに起因する劣化や損傷は、床版上の舗装面の劣化や、床版の振動の発生の原因となるため、床版上を走行する車両の安全性や快適性に悪影響を及ぼす一因となる。したがって、走行車両の安全性や快適性を確保するために、比較的高頻度の検査と補修を行う必要がある。このように、鋼コンクリート合成構造は、コンクリートに起因する耐久性の問題があり、そのため、保守管理に手間と費用がかかるという問題がある。
【００１０】
また、上記従来の鋼コンクリート合成床版は、鋼とコンクリートとを一体化するために一体化部材が必要であるので、構造の複雑化を招き、これにより、重量の増加や、施工の手間とコストの増加を招くという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の課題は、鋼板等の金属部材と接して合成構造を形成するセラミック部材に用いられ、劣化が進みにくく、耐久性が高くて保守管理の手間と費用を軽減でき、また、簡単な部品構成で合成構造を形成できるセラミック組成物と、それを用いた金属セラミック合成構造、構造部材及び構造物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明のセラミック組成物は、金属部材と接して合成構造を形成するセラミック部材に用いられるセラミック組成物であって、リン酸塩系セラミックを主成分とすることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、リン酸塩系セラミックを主成分とするセラミック組成物は、硬化に伴う収縮が殆ど生じない。また、金属に対して高い付着力を発揮することができる。したがって、このセラミック組成物で形成したセラミック部材は、金属部材と接して合成構造を形成した場合、ひび割れが殆ど発生せず、また、金属部材との間に隙間が生じない。したがって、セラミック部材と金属部材との間に浸透した雨水によって金属部材に錆びが生じることを防止できる。
【００１４】
また、上記セラミック組成物は、耐磨耗性がコンクリートよりも高いので、上記セラミック組成物で形成したセラミック部材に万一ひび割れが生じても、ひび割れ面が磨耗してセラミックの磨耗粉が生じることが殆ど無い。したがって、上記セラミック組成物を用いたセラミック部材は、金属部材と接して合成構造を形成した場合、鋼コンクリート合成構造におけるようにコンクリートに生じたひび割れの寸法や範囲が拡大する問題が無く、劣化を効果的に防止することができる。
【００１５】
また、上記セラミック組成物は、透水性が殆ど無いので、上記セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材は、コンクリートのように、浸透した雨水によって劣化する不都合や、浸透した水が金属部材に達して金属部材に錆が生じる不都合や、浸透した水の凍結により破壊が生じる問題が無い。また、セラミック組成物は、金属部材に密着して水密作用を発揮することができるので、セラミック部材と接する金属部材の劣化をも防止することができる。さらに、セラミック組成物は略中性であるので、セラミック部材は、表面に雨水が接しても劣化が殆ど生じない。
【００１６】
さらに、上記セラミック組成物は、金属に対する付着力が高いので、上記セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材は、金属部材に接して合成構造を形成した場合、鋼コンクリート合成床版のように金属部材とコンクリートとを一体化するための一体化部材を少なくでき、或いは、削除できる。したがって、上記セラミック組成物を用いることにより、少ない部材により簡易な構成で、セラミック部材と金属部材との合成構造を形成することができる。その結果、セラミック部材と金属部材との合成構造を軽量にでき、また、上記合成構造を少ない手間で形成することができる。
【００１７】
また、上記セラミック組成物は、コンクリートの約２倍又はそれ以上の圧縮強度を発揮できる。したがって、上記セラミック組成物を用いたセラミック部材と金属部材とで形成される合成構造は、コンクリートと鋼板とで形成された合成構造と比較して、補修を殆ど行うことなく、高い力学的特性を安定して発揮することができる。さらに、上記セラミック組成物は、コンクリートよりもヤング率が低いので、圧縮強度が高いことと相俟って、コンクリートよりもひび割れが生じ難い。したがって、上記セラミック組成物を用いたセラミック部材と金属部材とで合成構造を形成することにより、鋼コンクリート合成構造よりも高い耐荷重を有し、しかも、高い耐ひび割れ性能を奏することができる。
【００１８】
一実施形態のセラミック組成物は、酸化マグネシウム及びリン酸二水素カリウムを含む。
【００１９】
上記実施形態によれば、上記酸化マグネシウム及びリン酸二水素カリウムを含むセラミック組成物は、水と混合して高い流動性を発揮し、金属との付着性が高い上に、高い硬化速度を有し、しかも、高い圧縮強度を有する。したがって、セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材を、金属部材に良好な施工性で付着させて合成構造を形成することができる。
【００２０】
また、上記セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材は、金属部材の表面に水や塩が存在しても、金属部材に高い付着力で密着できる。したがって、例えば、雨水や、河川水や、海水が存在する環境下でも、上記セラミック部材を金属部材に強固に付着させて、高い力学特性の合成構造を安定して形成することができる。
【００２１】
一実施形態のセラミック組成物は、２０〜４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２５〜４５ｗｔ％のリン酸二水素カリウムを含む。
【００２２】
上記実施形態によれば、上記セラミック組成物は、添加する水の量と環境温度に応じて、硬化速度を５分〜１５分にでき、圧縮強度を、５０００〜８０００psi（pound/inch2）にでき、また、２２００°Ｆの温度に耐えることができる。
【００２３】
一実施形態のセラミック組成物は、３０ｗｔ％以下のカオリナイトが添加されている。
【００２４】
上記実施形態によれば、力学特性を低下させることなく、添加物としてカオリナイトを用いることができる。
【００２５】
一実施形態のセラミック組成物は、４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２６ｗｔ％のリン酸二水素カリウムと、１２ｗｔ％の二酸化珪素と、１０ｗｔ％のカオリナイトと、７ｗｔ％の酸化アルミニウムと、３ｗｔ％の酸化鉄IIIと、１．９ｗｔ％の酸化カルシウムと、０．１ｗｔ％のポリエステル繊維を含む。
【００２６】
上記実施形態によれば、上記セラミック組成物を用いることにより、硬化速度が速く、コンクリートよりも高い圧縮強度を有し、金属部材に対する密着性と付着力の高いセラミック部材を形成できる。
【００２７】
本発明の金属セラミック合成構造は、上記セラミック組成物を用いたセラミック部材と、金属部材とが接して形成されたことを特徴としている。
【００２８】
上記実施形態によれば、上記セラミック組成物は、硬化に伴う収縮が殆ど生じない。また、金属に対して高い付着力を発揮することができる。したがって、上記セラミック組成物で形成したセラミック部材と金属部材とが接して形成された合成構造は、セラミック部材のひび割れが殆ど発生せず、また、セラミック部材と金属部材との間に隙間が生じない。したがって、セラミック部材と金属部材との間に浸透した雨水によって金属部材に錆びが生じることを防止できる。
【００２９】
また、上記セラミック組成物は、耐磨耗性がコンクリートよりも高いので、上記セラミック組成物で形成したセラミック部材に万一ひび割れが生じても、ひび割れ面が磨耗してセラミックの磨耗粉が生じることが殆ど無い。したがって、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成構造におけるようにコンクリートに生じたひび割れの寸法や範囲が拡大する問題が無く、劣化を効果的に防止することができる。
【００３０】
また、上記セラミック組成物は、透水性が殆ど無いので、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成構造のように、浸透した雨水によってコンクリートが劣化する不都合や、コンクリートを浸透した水が鋼に達して鋼に錆が生じる不都合や、浸透した水の凍結によりコンクリートが破壊する問題が無い。また、セラミック組成物は、金属に密着して水密作用を発揮することができるので、セラミック部材と接する金属部材の劣化を防止することができる。さらに、セラミック組成物は略中性であるので、セラミック部材は、表面に雨水が接しても劣化が殆ど生じない。
【００３１】
さらに、上記セラミック組成物は、金属に対する付着力が高いので、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成床版のように鋼とコンクリートとを一体化するための一体化部材を少なくでき、或いは、削除できる。したがって、上記金属セラミック合成構造は、少ない部材により簡易な構成で形成することができる。その結果、軽量であり、また、少ない手間で形成できる金属セラミック合成構造が得られる。
【００３２】
また、セラミック組成物は、コンクリートの約２倍又はそれ以上の圧縮強度を発揮できる。したがって、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成構造と比較して、補修を殆ど行うことなく、高い力学的特性を安定して発揮することができる。さらに、上記セラミック組成物は、コンクリートよりもヤング率が低いので、圧縮強度が高いことに相俟って、コンクリートよりもひび割れが生じ難い。したがって、上記金属セラミック合成構造は、鋼コンクリート合成構造よりも高い耐荷重を有し、しかも、高い耐ひび割れ性能を奏することができる。
【００３３】
一実施形態の構造部材は、上記金属セラミック合成構造を有する。
【００３４】
上記実施形態によれば、長期に亘って高い力学特性を安定して発揮する構造部材が得られる。ここで、構造部材として、例えば、梁、柱、床版、セグメント、壁、シェル部材、パイプ構造を形成することができる。
【００３５】
一実施形態の構造物は、上記構造部材を有する。
【００３６】
上記実施形態によれば、長期に亘って高い力学特性を発揮する構造部材により、強度と耐久性の高い構造物が得られる。ここで、構造物として、橋梁の上部工、下部工、基礎工及び付属工、トンネル、ダム、擁壁、ケーソン、沿岸構造物並びに土留め等の仮設構造物を含む土木構造物や、ビルディング等の建築構造物を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態の金属セラミック合成構造を示す側面図である。
【図２】実施形態の構造部材を示す断面図である。
【図３】他の実施形態の構造部材を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
（第１実施形態）
本発明の実施形態としての金属セラミック合成構造は、セラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材と、金属部材としての鋼製部材とが接して形成される。本発明の実施形態のセラミック組成物は、リン酸塩系セラミックを主成分とするものである。リン酸塩系セラミックとしては、酸化マグネシウム及びリン酸二水素カリウムを含むものを用いることができる。
【００４０】
上記セラミック組成物を、好ましくは、混合物と混合してドライミックスを形成し、このドライミックスに水を混合し、混練してセラミック部材のスラリーを形成する。このセラミック部材を、鋼製部材に接するように塗布、充填又は吹き付けによって配置して、硬化させる。こうして、鋼製部材と、鋼製部材に接するセラミック部材とで、金属セラミック合成構造としての鋼セラミック合成構造を作製することができる。
【００４１】
セラミック組成物は、２０〜４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２５〜４５ｗｔ％のリン酸二水素カリウムを含むものを用いるのが好ましい。このセラミック組成物に、混合物を混合して５０重量部のドライミックスを形成し、このドライミックスに対して、１５〜２３ｗｔ％の水分比となる水を混合するのが好ましい。混合物は、公知の細骨材を用いることができる。これにより、セラミック部材の流れやすさを、ＡＳＴＭ
Ｃ１４３７に基づく試験による４０〜１４０％のフロー度とし、金属セラミック合成構造を形成する際の施工性を高めることができる。鋼製部材に塗布又は充填されたスラリー状のセラミック部材は、硬化により、５０００〜１１０００psiの３日強度を発揮することができる。
【００４２】
本発明のセラミック組成物は、酸化マグネシウムとリン酸二水素カリウムが、水の混合により、下記の化学式（１）の反応でリン酸カリウムマグネシウム６水和物を形成し、セラミック部材の主要な特性を発揮する緻密かつ高強度の固体を形成する。
ＭｇＯ＋ＫＨ２ＰＯ４＋５Ｈ２Ｏ→ＭｇＫＰＯ４・６Ｈ２Ｏ・・・（１）
【００４３】
なお、セラミック組成物には、全重量に対して、０．１から３０ｗｔ％の添加物を添加することができる。添加物としては、例えば、フィラー、骨材、顔料、着色剤、繊維、シリカヒューム微粉末、カオリナイト、繋ぎ用ポリマ、乳化剤、凝集防止剤を用いることができる。また、セラミック組成物に添加する骨材としては、細骨材のほか、粗骨材を用いることもできる。
【００４４】
（実施例１）
ケイ酸カルシウム３６ｗｔ％、リン酸二水素カリウム３４ｗｔ％、酸化マグネシウム３０ｗｔ％のセラミック組成物を、３２重量部の細骨材に対して１８重量部の割合で混合してドライミックスを形成した。セラミック組成物として、株式会社イーグル・ヴィジョン製のＥａｇｌｅ８シリーズを用いた。なお、米国グランクリート社のグランクリートシリーズを用いることもできる。更に、ドライミックスに対して、２０ｗｔ％の水を添加し、混練して、スラリー状のセラミック部材を形成した。このセラミック部材は、３日強度で８０００psiの圧縮強度と、１０５％のフロー度が得られた。なお、水分比を３５％とすると、フロー度が１５０％以上となったが、圧縮強度が約１２００psiに低下する一方、水分比を１７％とすると、圧縮強度が約１００００psiに増大したが、フロー度が約１７％に低下した。いずれにしても、圧縮強度については、コンクリートが典型的には７日強度が２５００〜３５００psiであるところ、実施例のセラミック部材によれば、水分比を１７〜２３ｗｔ％とすることで、大幅に圧縮強度を改善できた。
【００４５】
実施例のセラミック組成物を用いて形成したセラミック部材について、水分比が２０％の場合と２５％の場合との間で、施工後の圧縮強度の経時変化を測定する実験を行った。実験結果によれば、水分比が２０％の場合、セラミック部材の圧縮強度は、水の添加から１時間で鋭く増大して４２３８psiに達し、その後緩やかに増大し、１４日目に８１９７psiに達した。２８日目では、圧縮強度は６５１５psiに低下した。一方、水分比が２５％の場合、セラミック部材の圧縮強度は、水の添加から１時間後では、水分比が２０％の場合よりも低い２６８３psiに急増し、その後、緩やかに増大し、１４日目で５６２８psiに達した。水分比が２０％のセラミック部材とは異なり、１４日強度から低下することなく、２８日目で６１００psiの圧縮強度が得られた。
【００４６】
（実施例２）
酸化マグネシウム４０ｗｔ％、リン酸二水素カリウム２６ｗｔ％、二酸化珪素１２ｗｔ％、焼成カオリン１０ｗｔ％、酸化アルミニウム７ｗｔ％、酸化鉄III３ｗｔ％、酸化カルシウム１．９ｗｔ％、ポリエステル繊維０．１ｗｔ％で構成されたセラミック組成物に対し、１５ｗｔ％の水を添加し、混練して、スラリー状のセラミック部材を形成した。このセラミック部材は、３日強度で７２．９６Ｎ／ｍｍ２の圧縮強度が得られた。
【００４７】
（第２実施形態）
図１は、本発明の金属セラミック合成構造としての鋼セラミック合成構造を示す側面図である。
【００４８】
図１に示すように、鋼セラミック合成構造１は、金属部材としての鋼板１０と、この鋼板１０に接して形成されたセラミック部材１１とで形成されている。
【００４９】
鋼板１０は、ＳＳ４００又はＳＭ４００の鋼板である。なお、他の材質で鋼板１０を形成してもよい。
【００５０】
セラミック部材１１は、実施例のセラミック組成物を用いて形成したスラリー状のセラミック部材を、鋼板１０上に配置した型枠内に充填し、硬化させて鋼板１０と一体に成型したものである。なお、スラリー状のセラミック部材は、吹き付けによって鋼板１０上に配置することもできる。スラリー状のセラミック部材１１は、型枠内への充填直後から硬化を開始し、スラリーの形成から３０分には３５００psiを越える硬度に達する。なお、セラミック部材１１は、２８日強度が６５００psiに達する。
【００５１】
図１の鋼セラミック合成構造１は、平面視において矩形の梁の形状を有している。鋼セラミック合成構造１を、鋼板１０の下側面の両端で自由支持を行い、セラミック部材１１の上側面の中央に集中荷重を作用させて変位と応力を測定した。また、セラミック部材１１と同じ寸法のコンクリート部材を鋼板に接して形成した鋼コンクリート合成構造を準備し、この鋼コンクリート合成構造にセラミック合成構造１と同じ条件で荷重を作用させて比較実験を行なった。その結果、鋼セラミック合成構造１は、鋼コンクリート合成構造よりも大きな荷重に耐えることが明らかとなった。すなわち、鋼セラミック合成構造１は、鋼コンクリート合成構造においてひび割れが生じる荷重を受けても、セラミック部材１１にひび割れが生じなくて、鋼コンクリート合成構造よりも変形能力が大きいことが確認された。これにより、鋼セラミック合成構造１は、鋼コンクリート合成構造よりも耐荷重が大きいことが確認された。さらに、鋼セラミック合成構造１は、鋼コンクリート合成構造において鋼板とコンクリート部材との間に剥離が生じる荷重を受けても、鋼板１０とセラミック部材１１との間に剥離が生じなかった。これにより、鋼セラミック合成構造１は、鋼板１０に対するセラミック部材１１の付着力が、コンクリート合成構造の鋼板に対するコンクリート部材の付着力よりも大きいことが確認された。このことから、鋼セラミック合成構造１は、鋼板１０とセラミック部材１１とを一体化するために、スタッドジベル等の一体化部材を鋼コンクリート合成構造よりも少なくでき、又は、削除できることが明らかとなった。
【００５２】
本実施形態において、鋼板を用いて鋼セラミック合成構造を形成したが、鋼板に限られず、Ｉ形鋼やＨ形鋼等の形鋼を用いて鋼セラミック合成構造を形成してもよい。また、例えばＣＦＴ構造のように、鋼管の内側にセラミック部材を配置して鋼セラミック合成構造を形成してもよく、また、例えばＳＲＣ構造のように、形鋼の外側にセラミック部材を配置して鋼セラミック合成構造を形成してもよい。さらに、鋼板１０を用いて鋼セラミック合成構造を形成したが、アルミニウムやステンレス製の金属部材とセラミック部材とで金属セラミック合成構造を形成してもよい。また、金属部材は、鋳鋼や鋳鉄を用いて形成されてもよい。
【００５３】
（第３実施形態）
図２は、本発明の金属セラミック合成構造を用いて形成した構造部材を示す図である。
【００５４】
この構造部材は、道路橋に用いられる鋼セラミック合成床版２であり、鋼製の底鋼板２０、配力筋２２及び主筋２３と、セラミック部材２１とが接して形成されている。セラミック部材２１の上には、アスファルト舗装２４が設けられている。底鋼板２０の下面には、Ｉ桁２５が一体に形成されている。
【００５５】
鋼セラミック合成床版２は、底鋼板２０に、配力筋２２及び主筋２３を取り付けた後、底鋼板２０を型枠として、底鋼板２０の内側にスラリー状のセラミック部材２１を充填して作製される。
【００５６】
この鋼セラミック合成床版２は、上記セラミック組成物で形成されたセラミック部材２１が、硬化に伴う収縮が殆ど生じないので、セラミック部材２１にひび割れが殆ど発生しない。また、セラミック部材２１が、底鋼板２０に対して高い付着力を発揮するので、セラミック部材２１と底鋼板２０等の鋼製部材との間に隙間が生じることを効果的に防止できる。その結果、セラミック部材２１と底鋼板２０等の鋼製部材との間に雨水が侵入し、鋼製部材に錆びが生じることを防止できる。
【００５７】
また、上記セラミック組成物は、耐磨耗性がコンクリートよりも高いので、上記セラミック部材２１に万一ひび割れが生じても、ひび割れ面が磨耗してセラミックの磨耗粉が生じることが殆ど無い。したがって、この鋼セラミック合成床版２は、鋼コンクリート合成床版におけるようにコンクリートに生じたひび割れの寸法や範囲が拡大する問題が無く、劣化を効果的に防止することができる。
【００５８】
また、セラミック部材２１は透水性が殆ど無いので、鋼コンクリート合成床版のように浸透した雨水によってコンクリートが劣化する不都合や、コンクリートを浸透した水が鋼に達して鋼に錆が生じる不都合や、浸透した水の凍結によりコンクリートが破壊する問題が無い。また、セラミック部材２１は、底鋼板２０等の鋼製部材に密着して水密作用を発揮することができるので、底鋼板２０等の劣化を防止することができる。さらに、セラミック組成物は略中性であるので、セラミック部材２１は、表面に雨水が接しても劣化が殆ど生じない。
【００５９】
また、上記セラミック部材２１は底鋼板２０に対する付着力が高いので、この鋼セラミック合成床版２は、鋼コンクリート合成床版のように鋼とコンクリートとを一体化するためのスタッドジベル等の一体化部材を少なくでき、或いは、削除できる。したがって、この鋼セラミック合成床版２は、少ない部材によって簡易な構成にすることができ、その結果、軽量化を行なうことができ、また、少ない手間で作製することができる。
【００６０】
さらに、上記セラミック部材２１はコンクリートよりも圧縮強度が高い一方、ヤング率が低いので、コンクリートよりもひび割れが生じ難い。したがって、この鋼セラミック合成床版２は、鋼コンクリート合成床版よりも高い耐荷重を有し、しかも、高い耐ひび割れ性能を発揮できる。
【００６１】
さらに、セラミック部材２１は、底鋼板２０等の鋼製部材の表面に水や塩が存在しても、高い付着力で鋼製部材に密着できる。したがって、例えば、雨水や、河川水や、海水が存在する環境下でも、セラミック部材２１を底鋼板２０等の鋼製部材に強固に付着させることができ、安定した力学特性の合成構造を形成することができる。
【００６２】
なお、本実施形態の鋼セラミック合成床版２は、底鋼板２０の下面にＩ桁２５を一体形成したが、底鋼板の下面に箱桁を一体形成して鋼セラミック合成床版を構成してもよい。
【００６３】
（第４実施形態）
図３は、本発明の金属セラミック合成構造を用いて形成した構造部材を示す図である。
【００６４】
この構造部材は、道路橋に用いられる鋼床版３である。本実施形態の鋼床版３は、鋼製のデッキプレート３０の上側面にセラミック部材３１が接して形成されている一方、デッキプレート３０の下側面に、デッキプレート３０と一体に形成されたＩ桁３２と、Ｕトラフ３３とが設けられている。セラミック部材３１は、デッキプレート３０上に、約４０ｍｍの比較的薄い均一の厚みに形成されている。このセラミック部材３１の上に、約４０ｍｍのアスファルト舗装３４が設けられている。なお、アスファルト舗装３４を削除し、セラミック部材３１の厚みを約８０ｍｍとして、セラミック部材３１を舗装材に利用してもよい。
【００６５】
従来の鋼床版は、一般に、鋼製のデッキプレートの上に、アスファルト又はコンクリートによる舗装が直接設けられるか、あるいは、コンクリート基層とアスファルト舗装とが設けられている。このような従来の鋼床版は、アスファルト舗装の透水性によるデッキプレートの腐食の問題がある。また、車両荷重を繰り返し受けることにより、コンクリート舗装やコンクリート基層にひび割れが生じる問題がある。また、鋼床版全体の剛性の不足により、デッキプレートに亀裂等の損傷が生じる問題がある。これらの問題を解決するため、鋼床版にゴムラテックスモルタルやＳＦＲＣ（鋼繊維補強コンクリート）を適用することが行われているが、施工の特殊性や、収縮によるひび割れの発生等の問題がある。上記従来の鋼床版やゴムラテックス等を適用した鋼床版の問題を、本実施形態の鋼床版３によって解決することができる。
【００６６】
本実施形態の鋼床版３は、鋼製のデッキプレート３０の下側面に、Ｉ桁３２と、Ｕトラフ３３を取り付けた後、デッキプレート３０の上側面にスラリー状のセラミック部材３１を塗布して作製される。セラミック部材３１は、圧送されたスラリー状のセラミック部材を、圧送ホースの吐出口からデッキプレート３０の上側面に流下させた後、コテ仕上げ等で表面を均して作製することができる。あるいは、圧送されたスラリー状のセラミック部材を、スプレーガンを用いてデッキプレート３０の上側面に吹き付けてもよい。この場合、表面仕上げが不要になるので、施工の手間を削減することができる。セラミック部材３１を形成した後、このセラミック部材３１上にアスファルト舗装３４を敷設する。スラリー状のセラミック部材は急速に硬化するので、コンクリートで必要な程度に長い養生期間をおくことなく、セラミック部材３１上にアスファルト舗装３４を敷設することができる。
【００６７】
本実施形態の鋼床版３は、コンクリートよりも強度の高いセラミック部材３１によってデッキプレート３０を補強することができる。その結果、アスファルト舗装のみを設けた従来の鋼床版や、コンクリート基層とアスファルト舗装を設けた従来の鋼床版と比較して、デッキプレート３０とセラミック部材３１との合成効果により、デッキプレート３０の損傷を効果的に防止することができる。さらに、セラミック部材３１は、鋼に対する付着力が高いので、デッキプレート３０に強固に付着することができ、これにより、車両の繰り返し荷重が作用しても、長期にわたってセラミック部材３１とデッキプレート３０の剥離を防止することができる。また、セラミック部材３１は、比較的薄く形成されているにもかかわらず、セラミック組成物で形成されて高い強度と耐久性を有する。したがって、直接又は間接に車両の繰り返し荷重が作用しても、長期にわたってセラミック部材３１のひび割れの発生を防止でき、ひいては、アスファルト舗装３４のひび割れやポットホールの発生を防止することができる。また、セラミック部材３１がデッキプレート３０に高い付着力と水密性を発揮して密着するので、デッキプレート３０の腐食を効果的に防止できる。したがって、鋼床版３は、セラミック部材３１の厚みを比較的小さくして軽量化を行いながら、高強度と高耐久性を実現することができる。
【００６８】
なお、本実施形態の鋼床版３は、デッキプレート３０の下側面にＩ桁３２を一体形成したが、デッキプレートの下側面に箱桁を一体形成して鋼床版を構成してもよい。
【００６９】
上記第３実施形態及び第４実施形態において、鋼セラミック合成構造は、鋼製部材と、鋼製部材に接するセラミック部材とを有して形成されたが、他の材質の部材を含んでもよい。例えば、鋼製部材に接するセラミック部材のうち、鋼製部材に接しない部分にコンクリートが接していてもよい。本発明のセラミック組成物を用いて形成されたセラミック部材は、コンクリートで形成された部材に対しても高い付着力を発揮するので、コンクリートを一部に含んだ鋼セラミック合成構造についても、強度を高めると共に耐久性を高めることができる。
【００７０】
また、上記３実施形態及び第４実施形態において、金属セラミック合成構造として、鋼製部材とセラミック部材を用いた鋼セラミック合成構造を例示したが、鋼製部材以外のアルミニウムやステンレス製の金属部材とセラミック部材とで金属セラミック合成構造を形成してもよい。また、金属部材は、鋳鋼や鋳鉄を用いて形成されてもよい。
【００７１】
以上、第３実施形態及び第４実施形態において、金属セラミック合成構造を鋼セラミック合成床版や鋼床版に適用した例を説明したが、金属セラミック合成構造は、他の種々の部材に適用できる。例えば、橋梁やビルディングに用いられる梁、桁及び柱や、基礎構造物に用いられる杭や、トンネルに用いられるセグメントや、止水壁に用いられるセグメント等、土木構造物及び建築構造物を構成する種々の部材に適用できる。
【００７２】
上記各実施形態において、セラミック部材として、ケイ酸カルシウム３６ｗｔ％、リン酸二水素カリウムｗｔ３４％、酸化マグネシウム３０ｗｔ％のセラミック組成物を、３２重量部の細骨材に対して１８重量部の割合で混合してドライミックスを形成し、このドライミックスに対して、２０％の水分比となる水を添加したものを用いたが、セラミック組成物の組成比は他のものであってもよく、また、水分比は他のものであってもよい。すなわち、セラミック組成物は、酸化マグネシウムが２０〜３５ｗｔ％、リン酸二水素カリウムが２５〜４５ｗｔ％の範囲の割合で形成することができる。また、１７〜３５重量部の上記セラミック組成物に、混合物を混合して５０重量部のドライミックスを形成し、このドライミックスに対して、１５〜２３ｗｔ％の水分比の水を混合することができる。また、ドライミックスは、必ずしも混合物を混合しなくてもよく、上記セラミック組成物のみをドライミックスとしてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１ 鋼セラミック合成構造
１０ 鋼板
１１ セラミック部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と接して合成構造を形成するセラミック部材に用いられるセラミック組成物であって、リン酸塩系セラミックを主成分とすることを特徴とするセラミック組成物。
【請求項２】
請求項１に記載のセラミック組成物において、
酸化マグネシウム及びリン酸二水素カリウムを含むことを特徴とするセラミック組成物。
【請求項３】
請求項２に記載のセラミック組成物において、
２０〜４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２５〜４５ｗｔ％のリン酸二水素カリウムを含むことを特徴とするセラミック組成物。
【請求項４】
請求項３に記載のセラミック組成物において、
３０ｗｔ％以下のカオリナイトが添加されていることを特徴とするセラミック組成物。
【請求項５】
請求項３に記載のセラミック組成物において、
４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２６ｗｔ％のリン酸二水素カリウムと、１２ｗｔ％の二酸化珪素と、１０ｗｔ％のカオリナイトと、７ｗｔ％の酸化アルミニウムと、３ｗｔ％の酸化鉄IIIと、１．９ｗｔ％の酸化カルシウムと、０．１ｗｔ％のポリエステル繊維を含むことを特徴とするセラミック組成物。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つのセラミック組成物を用いたセラミック部材と、金属部材とが接して形成されたことを特徴とする金属セラミック合成構造。
【請求項７】
請求項６に記載の金属セラミック合成構造を有する構造部材。
【請求項８】
請求項７に記載の構造部材を有する構造物。
【請求項１】
金属部材と接して合成構造を形成するセラミック部材に用いられるセラミック組成物であって、リン酸塩系セラミックを主成分とすることを特徴とするセラミック組成物。
【請求項２】
請求項１に記載のセラミック組成物において、
酸化マグネシウム及びリン酸二水素カリウムを含むことを特徴とするセラミック組成物。
【請求項３】
請求項２に記載のセラミック組成物において、
２０〜４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２５〜４５ｗｔ％のリン酸二水素カリウムを含むことを特徴とするセラミック組成物。
【請求項４】
請求項３に記載のセラミック組成物において、
３０ｗｔ％以下のカオリナイトが添加されていることを特徴とするセラミック組成物。
【請求項５】
請求項３に記載のセラミック組成物において、
４０ｗｔ％の酸化マグネシウムと、２６ｗｔ％のリン酸二水素カリウムと、１２ｗｔ％の二酸化珪素と、１０ｗｔ％のカオリナイトと、７ｗｔ％の酸化アルミニウムと、３ｗｔ％の酸化鉄IIIと、１．９ｗｔ％の酸化カルシウムと、０．１ｗｔ％のポリエステル繊維を含むことを特徴とするセラミック組成物。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１つのセラミック組成物を用いたセラミック部材と、金属部材とが接して形成されたことを特徴とする金属セラミック合成構造。
【請求項７】
請求項６に記載の金属セラミック合成構造を有する構造部材。
【請求項８】
請求項７に記載の構造部材を有する構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２０８８７９（Ｐ２０１０−２０８８７９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５７７１（Ｐ２００９−５５７７１）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（５０５４１３２５５）阪神高速道路株式会社 (46)
【出願人】（５０８０６１５４９）阪神高速技術株式会社 (20)
【出願人】（５０７３１１８７６）株式会社イーグル・ヴィジョン (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（５０５４１３２５５）阪神高速道路株式会社 (46)
【出願人】（５０８０６１５４９）阪神高速技術株式会社 (20)
【出願人】（５０７３１１８７６）株式会社イーグル・ヴィジョン (4)
【Ｆターム（参考）】
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